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Φ219七輥矯直機(jī)壓下裝置設(shè)計(jì)論文

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1、第34頁(yè) 1 緒論 1.1矯直設(shè)備的發(fā)展 1.1.1矯直設(shè)備的發(fā)展概況 矯直技術(shù)多用于金屬條材加工的后部工序,在很大程度上決定著產(chǎn)、成品的質(zhì)量水平。20世紀(jì)初已經(jīng)有矯直圓材的二輥式矯直機(jī)。20世紀(jì)30年代中期發(fā)明222型六輥式矯直機(jī),顯著提高了管材矯直質(zhì)量。20世紀(jì)60年代中期,為了解決大直徑管材的矯直問(wèn)題,美國(guó)薩頓公司研制成功313型七輥式矯直機(jī)。20世紀(jì)70年代我國(guó)改革開放以后接觸到大量的國(guó)外設(shè)計(jì)研制成果,有小到φ1.6mm金屬絲矯直機(jī)和大到φ600mm管材矯直機(jī)。有速度達(dá)到300m/min的高速矯直機(jī)和精度達(dá)到0.038mm/m的高精度矯直機(jī)。 同時(shí)也引進(jìn)許多先進(jìn)的矯直設(shè)備

2、。進(jìn)入90年代我國(guó)在趕超世界先進(jìn)水平方面又邁出了一大步,一些新研制的矯直機(jī)獲得了國(guó)家的發(fā)明專利;一些新成果獲得了市、省及部級(jí)科技成果進(jìn)步獎(jiǎng);有的獲得了國(guó)家發(fā)明獎(jiǎng)。近年來(lái)我國(guó)在反彎輥形七斜輥矯直機(jī),多斜輥薄壁轉(zhuǎn)轂式矯直機(jī),平行輥異輥距矯直機(jī)及矯直液壓自動(dòng)切料機(jī)等研制方面相繼取得成功, 1.1.2矯直作用 軋制和熱處理后的管材有一系列的缺陷,其中主要的是縱向彎曲和橫斷面的橢圓度。為了消除這些缺陷,需設(shè)置斜輥式鋼管矯直機(jī),在矯直過(guò)程中,鋼管在矯直輥間作直線前進(jìn)的同時(shí)還進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),通過(guò)鋼管在矯直輥中反復(fù)多次彈性彎曲使鋼管達(dá)到矯直的目的。 1. 2矯直設(shè)備分類 1.2.1矯直機(jī)的分類 按工作

3、原理不同劃分為五大類。第一類稱為反復(fù)彎曲矯直機(jī),它們是靠壓頭或輥?zhàn)釉谕黄矫鎯?nèi)對(duì)工件進(jìn)行反復(fù)壓彎并逐漸減小壓彎量,直到壓彎量與彈復(fù)量相等而變直。第二類稱為旋轉(zhuǎn)彎曲式矯直機(jī),是工件在塑性彎曲狀態(tài)下以旋轉(zhuǎn)變形方式從大的等彎矩區(qū)向小的等彎矩區(qū)過(guò)渡,在走出塑性區(qū)時(shí)彈復(fù)變直。第三類稱為拉伸矯直機(jī),它依靠拉伸變形把原來(lái)長(zhǎng)短不一的縱向纖維拉成等長(zhǎng)度并進(jìn)入塑性變形后經(jīng)卸載及彈復(fù)而變直。第四類稱為拉彎矯直機(jī)。它是把拉伸與彎曲變形合成起來(lái)使工件兩個(gè)表層的較大拉伸及全截面的拉伸變形三者不在同一時(shí)間發(fā)生,全斷面各層纖維的彈復(fù)變形也不是同時(shí)發(fā)生的,既防止了板帶的斷裂,又提高了矯直質(zhì)量。第五類稱為拉坯矯直設(shè)備,它是在拉動(dòng)

4、連鑄坯下行的同時(shí)使鑄坯的弧形彎曲漸伸變直,其拉力主要用于克服外部阻力,而鑄坯本身在高溫狀態(tài)下所需的矯直力是較小的。 具體進(jìn)一步分類如圖1.1所示:          ,圖1.1 (5)拉坯矯直機(jī) 拉坯矯直機(jī)在連鑄系統(tǒng)中占有重要位置,取得了很大發(fā)展,已經(jīng)自成體系。 1.2.2鋼管矯直機(jī)分類及適用范圍  在矯直管、棒等圓形斷面條材時(shí)若采用平行輥矯直機(jī)則存在兩個(gè)致命的缺點(diǎn):第一,只能矯直圓材垂直于輥軸的縱向剖面上的彎曲。若矯直其它各方面的縱向剖面的彎曲常需要進(jìn)行多次的變方位的矯直過(guò)程;第二,圓材在矯直過(guò)程中容易產(chǎn)生自轉(zhuǎn)現(xiàn)象,不僅達(dá)不到矯直目的,反而要產(chǎn)生嚴(yán)重的螺旋形彎曲(俗

5、稱麻花彎),使產(chǎn)品報(bào)廢。為了消除上述的缺點(diǎn),在生產(chǎn)中常采用斜輥矯直機(jī)。 常見的斜輥矯直機(jī)的類型及用途: 1、 2斜輥矯直機(jī):這種矯直機(jī)用于矯直棒材,也可用于矯直厚壁管材。 2、 3斜輥矯直機(jī):只適用于矯直長(zhǎng)度較小,直徑較大,壁厚很薄的小量管材,故至今沒有發(fā)展起來(lái)。 3、 多斜輥矯直機(jī) (1)、212型5輥式矯直機(jī):適用范圍寬,表面質(zhì)量好,可以一機(jī)多用。但上輥穩(wěn)定性低,傳動(dòng)系統(tǒng)復(fù)雜,制造成本高。 (2)、222型6輥式矯直機(jī):這種矯直機(jī)既可以矯直管材又可以矯直棒材。 4、6輥以上的斜輥矯直機(jī) (1)、12121型7輥式矯直機(jī):這種矯直機(jī)主要用于矯直高強(qiáng)度管材及厚壁管材,不僅可以矯

6、直管材的彎曲度也可以消除管材的隨圓度。 (2)、1-12(8)型8輥式矯直機(jī):它有較廣的適用范圍,可以用于管材張力減徑生產(chǎn)線、焊管生產(chǎn)線、擠壓生產(chǎn)線、電鍍生產(chǎn)線及有色金屬管的軋制生產(chǎn)線。 5、313型斜輥矯直機(jī):這種矯直機(jī)只能用于大直徑圓材的矯直。 1.2.3斜輥矯直機(jī)的典型輥系 1、1-1(5)輥系 如圖1.2(a)所示,上下輥一一交錯(cuò),此輥系常駐由5個(gè)輥?zhàn)咏M成,上三下二,上輥短,下輥長(zhǎng)。入口側(cè)長(zhǎng)輥處可使圓材得到較大的均勻的塑性彎曲,到出口側(cè)長(zhǎng)輥處則按較小的塑性彎曲進(jìn)行壓彎在反復(fù)后達(dá)到矯直的目的。 2、212輥系 如圖1.2(b)所示,5輥式管材矯直機(jī)的專用輥系,它把原來(lái)

7、輥系中兩端短輥移到長(zhǎng)輥上方,形成兩對(duì)壓緊輥。 3、2輥系 如圖1.2(c)所示,它的矯直功能來(lái)自輥形的凸凹變化,它是以矯直短圓材的獨(dú)特性而受到重視,又以能矯直圓材兩端和能壓光圓材表面而得到不斷發(fā)展。 4、12121輥系 如圖1.2(d)所示,可以把它看成是圖1.2(a)和圖1.2(b)兩種輥系的綜合。圓材在壓緊輥間的塑性變形區(qū)得到延長(zhǎng),壓扁矯直和圓整能力得到增強(qiáng),矯直速度有所提高,對(duì)管棒材矯直都可適用。 5、222或2-2(6)輥系 如圖1.2(e)所示,6個(gè)輥?zhàn)尤繛轵?qū)動(dòng)輥,這種輥系的兩端輥主要起壓扁矯直和圓整作用,并有利于工件的咬入,中間輥可以保證較長(zhǎng)的塑性彎曲區(qū),使已經(jīng)壓扁矯直部

8、分尚存的彎曲得到矯直。 6、2221或2-21(7)輥系 如圖1.2(f)所示,此輥系是在222輥系后面增加一輥,新增加一個(gè)輥?zhàn)悠鸬淖饔煤艽?,它可以增大?對(duì)輥處塑性彎曲區(qū)的長(zhǎng)度,并在壓下量合適的條件下易于達(dá)到工作彈復(fù)變直的要求。而且這種改進(jìn)的輥系對(duì)于矯直管材也有提高質(zhì)量的作用。 7、21-1(9)輥系 如圖1.2(g)所示,這種矯直輥系入口端的一對(duì)壓緊輥可以保證工件快速咬入和對(duì)管材的壓扁矯直作用,3個(gè)長(zhǎng)輥處可以實(shí)現(xiàn)3段遞減的等曲率性變性區(qū),有助于提高矯直速度。 8、313輥系 如圖1.2(h)所示,此輥系比較特殊,前后各用3個(gè)斜輥按相隔120°環(huán)抱管材,既可以按三角壓扁方式起到矯直和圓

9、整作用,又可以利用中間輥進(jìn)行三段的連續(xù)壓彎,可用較小的壓彎改善壓扁矯直效果,使大直徑薄壁管找到了較好的矯直途徑。 圖1.2 斜輥矯直機(jī)的典型輥系 1.3斜輥矯直的工作原理 斜輥矯直機(jī)一般采用旋轉(zhuǎn)反彎矯直原理,旋轉(zhuǎn)反彎矯直主要用于圓材矯直,旋轉(zhuǎn)矯直中最常見的方法是多斜輥矯直法,是在斜輥矯直機(jī)上進(jìn)行的。由于圓材的原始彎曲是多方位的。因此,在矯直時(shí)要使圓材繞軸線旋轉(zhuǎn),并在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)能使其反彎程度由小到大,再由大到小連續(xù)變化,才能使任何方位的原始彎曲都能得到可靠的反彎矯直。斜輥矯直機(jī)的作用是強(qiáng)迫圓材在反彎狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)前進(jìn),達(dá)到矯直的

10、目的。如圖1.4所示: 1——K-x曲線 2——M-x曲線 圖1.4 旋轉(zhuǎn)反彎矯直過(guò)程中彎矩與塑性區(qū)分布 圓材在斜輥間反彎前進(jìn),走過(guò)每一個(gè)螺旋導(dǎo)程時(shí)反彎量的減少梯度和圓材塑性變形層的深度及均勻度是矯直質(zhì)量的決定因素。因此,圓材在塑性區(qū)內(nèi)旋轉(zhuǎn)次數(shù)或稱高頻彎曲次數(shù)越多,各處縱向纖維的變形量差別越小,結(jié)果各處的殘余曲率差也越小,從而使圓材變直。相對(duì)而言,如果使彎曲延長(zhǎng),在旋轉(zhuǎn)導(dǎo)程不變的條件下,也等于增加高頻彎曲次數(shù),同樣可提高矯直質(zhì)量。 1. 4φ219矯正機(jī)簡(jiǎn)介 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的φ219矯正機(jī)采用八柱預(yù)緊式封閉機(jī)架和2-2-2-1復(fù)合輥系統(tǒng)。 下面簡(jiǎn)述工作

11、過(guò)程和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。 矯直機(jī)組具有手動(dòng)控制和半自動(dòng)控制兩種工作方法。手動(dòng)控制用于安裝調(diào)試,換輥,檢修作業(yè);半自動(dòng)控制用于正常矯直生產(chǎn)作業(yè)。其機(jī)組工作過(guò)程簡(jiǎn)述如下: 上料臺(tái)架上排布好待矯直的鋼管后,拔料器動(dòng)作將一支待矯直鋼管送入輸送輥道。布軒在輸送輥道的光電檢測(cè)裝置檢測(cè)到鋼管后,入口輥道升起,輸送鋼管前進(jìn);當(dāng)布軒在入口輥道出口端的光電檢測(cè)裝置檢測(cè)到鋼管后,入口導(dǎo)板動(dòng)作,使鋼管對(duì)中順利進(jìn)入矯直機(jī);當(dāng)鋼管頭部被咬入第一對(duì)矯直輥后,入口導(dǎo)板打開,入口輥道下降,鋼管在橋直機(jī)城經(jīng)反復(fù)旋轉(zhuǎn)彎曲變形后被矯直。當(dāng)鋼管尾部離開第七號(hào)輥(導(dǎo)輥)后,出口輥道升起,將矯直后的鋼管輸送到下一工序,即完成一根鋼管的矯直。當(dāng)

12、鋼管離開第三對(duì)輥?zhàn)雍?,主傳?dòng)系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)指令輸入輥道抬起迎接下一根待矯鋼管。 2、結(jié)構(gòu)特點(diǎn): (1)、采用了八柱預(yù)緊式封閉機(jī)架和2-2-2-1復(fù)合輥系統(tǒng),提高機(jī)架剛度和矯直度。 (2)、上輥?zhàn)挡捎枚鶎?dǎo)向,導(dǎo)向精度較高,安裝調(diào)整方便。 (3)、上輥采用液壓平衡和鎖緊,消除了螺旋副的間隙和其他安裝間隙, (4)、提高了機(jī)架的剛度,消除了咬入時(shí)的沖擊。 (5)、下輥采用液壓缸鎖緊,工作可靠。 (6)、下輥升降電氣傳動(dòng)安裝在機(jī)座側(cè)面,以便于檢修和調(diào)整。 (7)、轉(zhuǎn)角調(diào)整采用電機(jī)螺旋升降器機(jī)構(gòu) (8)、矯直輥軸承座與轉(zhuǎn)盤做成一體式 (9)、換輥工具采用杠桿平衡砣結(jié)構(gòu)形式。 (

13、10)、潤(rùn)滑(稀油和干油)按鈕安裝在主操作臺(tái)上,以方便操作。 2 矯直機(jī)總體方案的確定 2. 1矯直方案及傳動(dòng)方案的確定 2.1.1矯直方案 方案一: 采用2-2-2-1型7輥式矯直機(jī),此矯直機(jī)是使用數(shù)量最多的矯直機(jī)之一。這種矯直機(jī)既可矯直管材也可以矯直棒材,具有穩(wěn)定性高,矯直表面質(zhì)量好,操作方便等優(yōu)點(diǎn)。 方案二: 采用2-1-2型5輥式矯正機(jī),這種矯直機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是適用范圍寬,表面質(zhì)量好,可以一機(jī)多用。缺點(diǎn)為上輥穩(wěn)定性低,傳動(dòng)系統(tǒng)復(fù)雜,制造成本高。 方案三: 采用1-2-1-2-1型7輥式矯正機(jī),這種

14、矯直機(jī)主要用于矯直高強(qiáng)度管材及厚壁管材, 可以保持工作的良好的表面質(zhì)量,并且可以提高矯直速度。所以它有較廣的適用范圍,可以用于管材張力減徑生產(chǎn)線、焊管生產(chǎn)線等。但制造成本高。 綜上分析,采用方案一。 2.1.2傳動(dòng)方案 斜輥矯直機(jī)的傳動(dòng)方式有齒輪和萬(wàn)向接軸傳動(dòng)兩種。 方案一:齒輪傳動(dòng)如圖2.1所示 1-長(zhǎng)輥 2-拉桿 3-右立板 4-集油盤 5-端板 6-傳動(dòng)輪 8-短輥 9-左立板 10-壓下手輪 圖2.1 臥式矯直機(jī)齒輪傳動(dòng) 此圖為齒輪傳動(dòng)的臥式斜輥矯直機(jī),它是由兩個(gè)分配軸及圓錐齒輪直接傳動(dòng)矯直輥的。這種傳動(dòng)比較緊湊,調(diào)節(jié)輥?zhàn)有苯堑姆秶梢院?/p>

15、大,但輥?zhàn)虞S頭齒輪受輥徑限制不能太大,其強(qiáng)度也受限制。此外,齒輪系統(tǒng)包含在輥?zhàn)D(zhuǎn)盤之內(nèi),潤(rùn)滑及密封也不太方便。 方案二:萬(wàn)向接軸傳動(dòng)(如圖2.2所示) 圖2.2 立式斜輥矯直機(jī)結(jié)構(gòu)圖 萬(wàn)向接軸的一端與輥?zhàn)虞S頭相聯(lián),電動(dòng)機(jī)與減速分配齒輪箱的出軸相聯(lián),電動(dòng)機(jī)與減速分配齒輪箱用聯(lián)軸器聯(lián)接。這種傳動(dòng)方式使?jié)櫥?、維修及換輥等工作得到改善。此圖為立式機(jī)架的斜輥矯直機(jī)。這種矯直機(jī)采用萬(wàn)向接軸傳動(dòng)比較普遍,其優(yōu)越性更大。電動(dòng)機(jī)及減速分配齒輪箱可單獨(dú)裝在地基上,與機(jī)器本體分離較遠(yuǎn),使結(jié)構(gòu)明顯簡(jiǎn)化。具有調(diào)節(jié)方便,工作線高度不變,機(jī)器本體與傳動(dòng)系統(tǒng)的震動(dòng)互不干擾等優(yōu)點(diǎn)。由于其上下輥都可傳動(dòng),因此,咬入條

16、件及表面質(zhì)量有改善。這種矯直機(jī)傳動(dòng)方式的不足之處是占地面積和機(jī)架高度大。 2.2上橫梁的壓下裝置 2.2.1上橫梁工作原理描述 為適應(yīng)不同規(guī)格鋼管能在矯直機(jī)中順利的實(shí)現(xiàn)矯直,上橫梁裝配必須實(shí)現(xiàn)以下功能: 1、 應(yīng)不同規(guī)格的待矯直鋼管,上、下工作輥系中的輥距要求可調(diào),同時(shí)必須能夠承受上工作輥系傳遞給上橫梁的反力; 2、 矯直機(jī)要能穩(wěn)定、精確矯直,必須在工作過(guò)程中上工作輥系不能上、下竄動(dòng);保證矯直輥輥面與鋼管能夠良好的接觸,矯直輥必須圓周方向能夠調(diào)整; 3、 矯直機(jī)要達(dá)到高精度,上、下工作輥必須鎖緊,在工作過(guò)程中不能轉(zhuǎn)動(dòng); 2.2.2壓下調(diào)整方案的確定 為了滿足上述工作

17、原理要求,下面分別對(duì)上述四點(diǎn)要求分別闡述: 1、矯直機(jī)要適應(yīng)不同規(guī)格的待矯直鋼管,上、下工作輥系中的輥距要求可調(diào)。這一要求,我們采取三種方案加以分析和比較。 上工作輥系上下調(diào)整有很多種方案可以實(shí)現(xiàn): 方案一:通過(guò)液壓缸推、拉動(dòng)上橫梁來(lái)實(shí)現(xiàn)上工作輥系移動(dòng)。 優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造成本低廉,控制簡(jiǎn)單。 缺點(diǎn):液體具有可壓縮性和液壓傳動(dòng)準(zhǔn)確性隨油溫變化較為明顯等原因,所以上工作輥系調(diào)整好后很難保證準(zhǔn)確位置不變,這樣矯直機(jī)的工作精度很難保證。 方案二:采用減速電機(jī)帶動(dòng)齒輪齒條: 優(yōu)點(diǎn):可以通過(guò)機(jī)械制動(dòng)實(shí)現(xiàn)上橫梁準(zhǔn)確定位并鎖緊,工作較為可靠。 缺點(diǎn):傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相當(dāng)笨拙、復(fù)雜,制造成本高,可靠

18、性一般。 方案三:采用減速電機(jī)帶動(dòng)螺旋副來(lái)實(shí)現(xiàn)上橫梁升降:如圖1.5所示 1-擺線針輪電機(jī)直聯(lián)型電機(jī)減速速器 2-過(guò)度座 3-聯(lián)軸器 4-上橫梁 5-絲杠 6-活動(dòng)梁 7-座板 8-立柱 9-拉桿 10-平衡缸 圖2.3 采用減速電機(jī)帶動(dòng)螺旋副傳動(dòng)簡(jiǎn)圖 優(yōu)點(diǎn):調(diào)整精確度較高;結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易于加工;控制維護(hù)簡(jiǎn)單 缺點(diǎn):螺旋傳動(dòng)效率低; 綜上所述,方案三雖然傳動(dòng)效率低,但此方案用于調(diào)整,在調(diào)整結(jié)束進(jìn)入穩(wěn)定矯直階段后,固定不動(dòng)。所以采用此方案。 2、要實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、精確矯直、在工作過(guò)程中上工作輥系不能上、下竄動(dòng),也就是上工作輥系必須緊密的與上橫梁在一起,不能有任何動(dòng)態(tài)

19、或靜態(tài)間隔,有三種方案: 方案一:采用彈簧來(lái)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、平衡: 優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本低。 缺點(diǎn):上工作輥系在調(diào)整過(guò)程中彈簧的壓縮在不斷的變化,根據(jù)虎克定律,可知彈簧產(chǎn)生的是一個(gè)變力,所以很不穩(wěn)定。 方案二:采用螺桿與大螺母相配合來(lái)實(shí)現(xiàn): 優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本低。 缺點(diǎn):在調(diào)整過(guò)程中如果工人沒有放松螺桿,那么很容易損壞傳動(dòng)部件,造成事故, 而且每次調(diào)整后工人要爬到上橫梁上鎖緊螺桿,所以很不方便。 方案三:采用液壓缸來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)平衡: 優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)緊湊,工作可靠,調(diào)整系統(tǒng)壓力可以得到不同的平衡鎖緊力。 缺點(diǎn):需要一液壓站,成本相對(duì)較高。 綜上三種方案,方案三最佳。

20、 3 矯直機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算 3. 1φ219矯直機(jī)的主要參數(shù) 矯直力為:3000KN 鋼管直徑:φ133~φ219 鋼管壁厚:4~20mm 角度調(diào)整范圍:27°~37° 鋼管材質(zhì):優(yōu)質(zhì)碳素鋼,低合金鋼 最大屈服強(qiáng)度:500MPa 矯直精度:0.5mm/m 下壓力不小于10t,下壓速度為0.8~1.2mm/s。 3.2矯直輥輥形尺寸的確定 3.2.1輥徑的確定 初選輥徑:由文獻(xiàn)[2] 264頁(yè) (4-20)式得: mm時(shí): (3.1)

21、式中:— 矯直輥輥腰直徑,單位為mm; — 管材最大直徑,單位為mm; 取系數(shù)為1.7,則輥徑為: mm 3.2.2輥?zhàn)娱L(zhǎng)度的確定 初選輥?zhàn)娱L(zhǎng)度:由文獻(xiàn)[2] 264頁(yè) (4-21)式得: mm時(shí): (3.2) 取系數(shù)為1.5,則輥?zhàn)娱L(zhǎng)度為: mm 3.2.3輥距的確定 初選輥距: (3.3) 取系數(shù)為2,則輥距為: mm 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況和以往的經(jīng)驗(yàn),及參照同類型設(shè)備和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn),最后確定輥形的工藝參數(shù)為: mm mm mm 3.3

22、矯直力的計(jì)算 在上橫粱壓下傳動(dòng)過(guò)程中,中間輥所受的矯直力最大,所以在下面的絲杠設(shè)計(jì)及輥軸的校核過(guò)程中都用此力來(lái)計(jì)算。 查文獻(xiàn)[1]288頁(yè),式4-78 (3.4) 式中:— 為工件的螺旋導(dǎo)程; — 彈性極限彎矩,,; — 塑性斷面系數(shù); — 抗彎斷面模數(shù); mm3 查文獻(xiàn)[5]第378頁(yè),表8-2取 N·mm mm = =2808057.185N 中間上輥的壓緊力可有可無(wú)。但是,它的導(dǎo)向作用不可少。因此可以考慮具有輕微的壓緊力并按0.3來(lái)計(jì)算。 于是矯直力為: N 3.

23、 4主電機(jī)的選擇 主電機(jī)的型號(hào):24-280-21 功率:110KW×2 轉(zhuǎn)數(shù):600/1500r/min 主減速器速比:16.57 4 壓下機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.1螺旋螺母的設(shè)計(jì) 圖4.1 螺旋傳動(dòng)的受力分析 4.1.1選擇螺旋螺母材料 螺旋采用45鋼淬火,由文獻(xiàn)[9]第1卷3-15頁(yè)表3-1-7]查得其抗拉強(qiáng)度MPa,屈服強(qiáng)度MPa,螺母材料用鋁青銅ZcuAl10Fe3(考慮速度低)。 4.1.2耐磨性計(jì)算 由文獻(xiàn)[1]92頁(yè)式(5-44) (4

24、.1) 式中:— 螺紋的中直徑,單位為mm; — 作用于螺桿上的軸向載荷,單位為N;即 — 螺距,單位為mm; — 螺紋的牙形高度,單位為mm; — 許用壓強(qiáng),單位為MPa; — 可根據(jù)螺母形式選定,對(duì)于整體式螺母,由于磨損后不能調(diào)整, 取1.2~2.5; 考慮到螺桿對(duì)強(qiáng)度要求較高并單向傳動(dòng),采用鋸齒形螺紋。 按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn):30°鋸齒形螺紋 。 取 由文獻(xiàn)[1]第93頁(yè)表5-12查得許用壓強(qiáng)MPa。取MPa mm 查文獻(xiàn)[9]第2卷 5-25頁(yè)表5-1-13(GB/T13576.3-1992)螺紋的基本尺寸: mm;mm;mm;mm; mm; mm 螺

25、母高度: (4.2) mm 取mm 螺母的螺紋圈數(shù): (4.3) 取 4.1.3校核螺旋副自鎖條件 螺旋升角: (4.4) 查文獻(xiàn)[1]第93頁(yè)表5-12得摩擦系數(shù)。 摩擦角: (4.5) ∵,∴證明螺旋自鎖可靠。 4.1.4校核螺母螺紋牙強(qiáng)度 圖4.2 螺母螺紋圈的受力分析 由文獻(xiàn)[1]第94頁(yè)表5-13知螺母螺牙許用應(yīng)力,對(duì)于青銅材料有M

26、Pa, MPa,考慮載荷接近靜載,鋁青銅材料強(qiáng)度較高,許用應(yīng)力取大值。 螺紋牙危險(xiǎn)截面a-a的剪切強(qiáng)度條件為: (4.6) 螺紋牙危險(xiǎn)截面a-a的彎曲強(qiáng)度條件為: (4.7) 式中:— 螺紋牙根部的厚度,單位為mm; 對(duì)于30°鋸齒形螺紋,。 — 螺母材料的許用切應(yīng)力,單位為MPa; — 螺母材料的許用彎曲應(yīng)力,單位為MPa; MPa

27、1、 螺旋升角: (4.8) 2、 總摩擦力矩: (4.9) 式中:— 螺紋的摩擦力矩,單位為N·mm; — 軸承的摩擦力矩,單位為N·mm; 螺桿所受的橫向力: 螺桿所受的摩擦阻力: (4.10) 式中:— 作用于螺紋上的正壓力,單位為N; — 摩擦系數(shù); 查文獻(xiàn)[9]第1卷1-8頁(yè)表1-1-7摩擦系數(shù),無(wú)油潤(rùn)滑, ∴t t N·mm N·mm N·mm=3684.1 N·

28、m 螺桿所受的扭矩: (4.11) 式中:— 為軸承的傳動(dòng)效率; — 為聯(lián)軸器的傳動(dòng)效率; 查文獻(xiàn)[9]第1卷1-5頁(yè)表1-1-3 N·m 初選絲杠的下壓速度為mm/s, 初定電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速: (4.12) r/min KW 式中:— 電機(jī)功率,單位為KW; 杳文獻(xiàn)[9]第4卷16-186頁(yè) 表16-2-142 考慮到傳動(dòng)比較大,輸出功率小,選用 XLEDC2.2-8185A-473 擺線針輪電機(jī)直聯(lián)型減速器。其傳動(dòng)比,輸出轉(zhuǎn)速r/

29、min,輸出轉(zhuǎn)矩N·m 當(dāng)r/min時(shí), 壓下速度: mm/s<1.2mm/s 4.2.2選壓下電動(dòng)機(jī) 電機(jī)的轉(zhuǎn)速: r/min r/min 選電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速為1500 r/min,電機(jī)功率為2.2Kw,滿載轉(zhuǎn)速r/min。 查文獻(xiàn)[9]第4卷22-52頁(yè)表22-1-28 選電機(jī)為Y100L1-4。因?yàn)殡姍C(jī)轉(zhuǎn)子和減速哭中的齒輪有一定的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,所以輥距調(diào)定好后的電機(jī)不能馬上停下來(lái),容易造成高速過(guò)量,所以選用YEJ系列電動(dòng)機(jī)。YEJ系列電動(dòng)機(jī)是在Y系列電動(dòng)機(jī)前蓋與風(fēng)扇之間附加一個(gè)圓盤型直流電磁制動(dòng)器組成的派生產(chǎn)品,其工作條件與Y系列相同。 安裝型式選B5。

30、 所以電動(dòng)機(jī)型號(hào):YEJ100L1-4-B5 2.2KW 1430r/min 5 壓下機(jī)構(gòu)鎖緊力和輥軸的強(qiáng)度計(jì)算 5.1壓下機(jī)構(gòu)鎖緊力 5.1.1壓下機(jī)構(gòu)軸向調(diào)整鎖緊力計(jì)算 壓下機(jī)構(gòu)軸向調(diào)整鎖緊力,是液壓缸向上抬起時(shí)的鎖緊力,目的是保證矯直輥不上、下竄動(dòng)。 圖5.1 液壓缸簡(jiǎn)圖 液壓缸向上抬起時(shí)的鎖緊力F,如圖5.1所示; (5.1) 式中:A— 液壓缸的環(huán)形面積,單位為mm2; — 公稱壓強(qiáng),單位為MPa; 在冶金設(shè)備中,工程

31、壓強(qiáng)一般取16MPa(中高壓), N 活動(dòng)梁及活動(dòng)梁上所有零件的重量: G=6131.735Kg 則作用在活動(dòng)梁上所有零件的重力: N ∵∴在工作過(guò)程中工作輥不能上、下竄動(dòng)。 5.1.2矯直輥周向鎖緊 工作輥工作時(shí)不能轉(zhuǎn)動(dòng),如下圖所示:輥距為1000mm,鋼管從上一對(duì)輥到下一對(duì)矯直輥時(shí),鋼管的頭部并不直接與矯直輥的輥徑相接觸,而是與矯直輥輥徑的大端切線 方向相接觸??梢园堰@時(shí)的鋼管看做成一懸臂梁,則在圖紙上測(cè)量l=879.64mm。矯直精度為0.5%。 圖6.2 矯直輥周向鎖緊受力圖 已知:mm,撓度mm,壁厚mm 文獻(xiàn)[9]第3版1-110頁(yè)

32、 (5.2) 式中:I— 彈性模量; E— 軸向慣性矩,單位為MPa; m 查文獻(xiàn)[9]第3版 第1卷 表1-1-6 第1-7頁(yè) 20號(hào)鋼為碳鋼,取E=200GPa。 N 上工作輥旋轉(zhuǎn)時(shí)所需力矩: N·m N 查文獻(xiàn)[9]第3版 表1-1-7 摩擦系數(shù)鋼-鋼的為: N·m ∵> ∴安全。 5.2軸的校核 5.2.1 軸的受力分析 圖5.3 軸的受力分析圖 5.2.2按彎扭合成校核 1、支反力: ===982820.015N 1、

33、 彎矩: M=×(280+5+80)=982820.015×(280+5+80)=358729.3 N·m 2、 扭矩: 查文獻(xiàn)[9]第1卷 1-25頁(yè) 表1.1-22 得, =0.95 =0.98 KW r / min 取 =50 r / min 式中:— 傳到矯直輥上的功率,單位為KW ; — 電動(dòng)機(jī)的總功率,單位為KW ; — 電動(dòng)機(jī)的總效率,單位為 r / min ;

34、 — 聯(lián)軸器的效率; — 軸承的效率; — 矯直輥的轉(zhuǎn)速,單位為 r / min ; — 總效率; — 總傳動(dòng)比; T=N·m (5.3) 由于扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力,因此,取=0.6 將上列數(shù)值代入式(5.3)得, = 65.4MPa 查文獻(xiàn)[9]第3卷 19- 4頁(yè) 表19.

35、1-1得, []=180~207 MPa 取 []=180 MPa <[] 故安全 式中:— 軸的計(jì)算應(yīng)力 單位為MPa ; []— 軸的許用彎曲應(yīng)力 單位為MPa ; M— 軸所受的彎矩 單位為N·mm; T— 軸所受的扭矩 單位為N·mm; W— 軸的抗彎截面系數(shù) 單位為mm ; 5.2.3 按疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核 1、判斷危險(xiǎn)截面 截面Ⅰ-Ⅰ處有過(guò)渡配合

36、、圓角、鍵槽、扭矩和較大的彎矩。 截面 Ⅲ-Ⅲ處有過(guò)渡配合、圓角、扭矩、和少量的彎矩。 因此,此軸的危險(xiǎn)截面為Ⅰ-Ⅰ,故校核截面Ⅰ-Ⅰ即可。 截面Ⅰ-Ⅰ(右) 抗彎截面系數(shù):W=0.1d=0.1×380=5487200 mm 抗扭截面系數(shù):W=0.2d=0.2×380=10974400 mm 截面Ⅰ-Ⅰ的彎矩M為: M=358729.3N·m 截面Ⅰ-Ⅰ的扭矩T為: T=18582.39N·m 截面上的彎曲應(yīng)力:

37、===65.4MPa 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力: ===1.69 MPa 軸的材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理。由文獻(xiàn)[1] 355頁(yè) 表15 – 1得, =640 MPa =275 MPa =155 MPa 截面處由于沒有軸肩存在,故取 : =1 =1 及 =1 =1 故有效應(yīng)力集中系數(shù)按文獻(xiàn)[1] 37頁(yè) (附3 – 4 )式 得, K =1+=1+1×(1-1)=1 K =1+=

38、1+1×(1-1)=1 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(中冊(cè))》 780頁(yè) 表8 – 369得, 彎曲尺寸系數(shù):=0.6 扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù): =0.6 軸按磨削加工, 查文獻(xiàn)[1] 40頁(yè) 附圖 3 – 4得, =0.91 軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理, 即 =1 查文獻(xiàn)[1] 25頁(yè)(3 – 12) 式 得綜合系數(shù)為: 式中:— 彎曲疲勞極限的綜合影響系數(shù); — 在彎曲應(yīng)力下零件的有效應(yīng)力集中系數(shù); — 在彎曲應(yīng)力下零件的尺寸系數(shù); — 在彎曲應(yīng)

39、力下零件的表面質(zhì)量系數(shù); — 在彎曲應(yīng)力下零件的強(qiáng)化系數(shù); 式中:— 扭轉(zhuǎn)疲勞極限的綜合影響系數(shù); — 在剪切應(yīng)力下零件的有效應(yīng)力集中系數(shù); — 在剪切應(yīng)力下零件的尺寸系數(shù); — 在剪切應(yīng)力下零件的表面質(zhì)量系數(shù); — 在剪切應(yīng)力下零件的強(qiáng)化系數(shù); 查文獻(xiàn)[1] 24頁(yè) 對(duì)于碳鋼, 取 查文獻(xiàn)[1] 26頁(yè) 對(duì)于碳鋼, 取 計(jì)算安全系數(shù)值 : = >S (5.4) 由文獻(xiàn)[1] 366頁(yè) 得 S=1.5

40、 (5.5) 式中:— 僅有彎曲應(yīng)力時(shí)的安全系數(shù); — 彎曲疲勞極限的綜合影響系數(shù); — 在彎曲應(yīng)力下的應(yīng)力幅 單位為MPa ; — 材料常數(shù) ; — 在彎曲應(yīng)力下的平均應(yīng)力 單位為MPa ; — 彎曲疲勞極限 單位為MPa ; (5.6) 式中:— 僅有扭轉(zhuǎn)應(yīng)力時(shí)的安全系數(shù); — 扭轉(zhuǎn)疲勞極限 單位為MPa ; — 扭轉(zhuǎn)疲勞極限的綜合影響系數(shù); — 在扭轉(zhuǎn)應(yīng)力下的應(yīng)力幅 單位為MPa ; — 材料常數(shù) ; — 在扭轉(zhuǎn)應(yīng)力下的平均應(yīng)力 單位為MPa ;

41、 將上列數(shù)值代入式(5.4)中 得, =>S ∴故合格 式中: — 危險(xiǎn)截面的計(jì)算安全系數(shù) ; — 僅有彎曲應(yīng)力時(shí)的安全系數(shù) — 僅有扭轉(zhuǎn)應(yīng)力時(shí)的安全系數(shù) ; S— 安全系數(shù) ; 6 絲杠上的零件的驗(yàn)算 6.1軸承的的驗(yàn)算 作用于絲杠上的止推墊可以看成是一個(gè)鑲嵌軸承,為了能達(dá)到能正常工作,要對(duì)其在動(dòng)載和靜載時(shí)分別進(jìn)行校核。 靜載時(shí): (6.1) 動(dòng)載時(shí): (

42、6.2) 式中:— 軸向載荷,N; — 滑動(dòng)軸承的環(huán)形面積,mm2; — 滑動(dòng)軸承的大徑,mm; — 電機(jī)的轉(zhuǎn)速,m/s; ∵滑動(dòng)軸承采用的是固體自潤(rùn)滑,∴?。? 查文獻(xiàn)[9]得:MPa; m/s; KNmm2 mm2 (6.3) MPa < m/s< ∴安全。 6.2鍵的校核 1、鍵的選擇 為了便于安裝和拆卸內(nèi)齒套,內(nèi)齒套與絲杠的頭部用花鍵聯(lián)接。為了能滿足定心精度高,定心的穩(wěn)定性好的特點(diǎn),選用矩形花鍵。矩形花鍵的字心方式為小徑定心。 根據(jù)小徑mm

43、,查文獻(xiàn)[9]第2卷 第5-206頁(yè)表5-3-20選用的矩形花鍵的規(guī)格為: mm取鍵長(zhǎng)mm(比輪轂寬度小些)。 即花鍵的齒數(shù),大徑mm,小徑mm,鍵寬mm。 2、校核花鍵聯(lián)接的強(qiáng)度 校核鍵的擠壓強(qiáng)度: (6.4) 式中:— 載荷分配不均系數(shù),與齒數(shù)有關(guān),一般取=0.7~0.8,齒數(shù)多時(shí)取偏小值;取=0.7 — 花鍵的齒數(shù); — 齒的工作長(zhǎng)度,單位為mm; — 花鍵齒側(cè)的工作高度,矩形花鍵,,C為倒角尺寸,單位為mm; — 花鍵平均直徑,矩

44、形花鍵,單位為mm; (6.5) — 花鍵聯(lián)接時(shí)的許用擠壓應(yīng)力,單位為MPa; 查文獻(xiàn)[1]第108頁(yè)表6-3,取的值為40MPa; N·m mm mm MPa< ∴鍵的強(qiáng)度合格。 結(jié) 論 在老師的悉心指導(dǎo)下,經(jīng)過(guò)3個(gè)月的努力,我的畢業(yè)設(shè)計(jì)完成了。通過(guò)此次實(shí)習(xí)與設(shè)計(jì),我受益匪淺。 首先,就對(duì)大學(xué)期間所學(xué)知識(shí)的系統(tǒng)運(yùn)用和綜合運(yùn)用。從前,總是覺得學(xué)的知識(shí)太零荼了,什么都學(xué)了,可是有許多學(xué)得不夠深入。這次設(shè)計(jì)讓我把學(xué)過(guò)的相關(guān)專業(yè)知

45、識(shí)又學(xué)習(xí)了一遍,能夠做到系統(tǒng)化,綜合化。 其次,就是理論聯(lián)系實(shí)際能力的提高。知識(shí)就該是活學(xué)活用的。雖然是學(xué)機(jī)械專業(yè)的,但不能機(jī)械地學(xué)習(xí)。要把所學(xué)知識(shí)真正與生產(chǎn)密切相連,敢于提出問(wèn)題,并提出改進(jìn)方案。 最后,是對(duì)我所設(shè)計(jì)的φ219七輥矯直機(jī)壓下裝置的總結(jié)。通過(guò)計(jì)算并考慮實(shí)際工作情況,我分別選擇了壓下裝置的減速器,壓下電機(jī);設(shè)計(jì)并校核了絲杠與螺母;壓下機(jī)構(gòu)軸向調(diào)整和周向調(diào)整的鎖緊力的計(jì)算;計(jì)算結(jié)果表明在調(diào)整矯直輥時(shí),矯直輥在軸向和周向都不會(huì)發(fā)生竄動(dòng)現(xiàn)象;我還計(jì)算了輥軸的強(qiáng)度,計(jì)算結(jié)果表明滿足強(qiáng)度要求;同時(shí)對(duì)內(nèi)齒套的端部的花鍵和絲杠上部的滑動(dòng)軸承進(jìn)行了校核,校核結(jié)果均滿足要求。

46、 致 謝 這次畢業(yè)實(shí)習(xí)和設(shè)計(jì)是對(duì)我大學(xué)期間所學(xué)的知識(shí)一種檢驗(yàn),是一次運(yùn)用知識(shí)、掌握系統(tǒng)知識(shí)體系的完善。在此,我向指導(dǎo)我的黃老師致以最真摯的謝意。感謝黃老師用淵博的知識(shí)、誨人不倦的嚴(yán)謹(jǐn)學(xué)風(fēng)以及循循善誘的耐心作風(fēng)不辭辛苦的悉心教導(dǎo)我,使我在學(xué)習(xí)的過(guò)程中受益匪淺,銘記終身。黃老師這種兢業(yè)精神更讓我深受感動(dòng)。 感謝鞍鋼無(wú)縫鋼管廠的各位師傅們,在實(shí)習(xí)期間所給予我們的支持和幫助。 此外,還要感謝同組的崔宇同學(xué)和崔爽同學(xué)在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間對(duì)我的鼓勵(lì)和支持。 參考文獻(xiàn) [

47、1] 濮良貴,紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)[M]. 北京:高等教育出版社,2001. [2] 崔甫.矯直原理與矯直機(jī)械[M]. 北京:冶金工業(yè)出版社,2002. [3] 李連詩(shī),韓觀昌.小型無(wú)縫鋼管生產(chǎn)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1989. [4] 鄒家祥,施東成.軋鋼機(jī)械理論與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M]. 北京:冶金工業(yè)出版社,1993. [5] 鄒家祥.軋鋼機(jī)械[M]. 北京:冶金工業(yè)出版社,1995. [6] 孫桓,陳作模.機(jī)械原理[M]. 北京:高等教育出版社,2000. [7] 張才安.無(wú)縫鋼管生產(chǎn)技術(shù)[M]. 重慶:重慶大學(xué)出版社,1997. [8] 李長(zhǎng)穆等.現(xiàn)代鋼管生產(chǎn)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1982. [9] 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).化學(xué)工業(yè)出版社. [10] Ding Baiqun , Wu Haoquan , Guo J inghai[J]. J.Northeast Heavy Machinery Institute ( inChin1) , 1989 , 13 (3) : 651

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